GTP协议的分析

一、 引言

在GPRS系统的GSN（GPRS Support Node，包括SGSN和GGSN）之间采用GTP（GPRS Tunnel Protocol）协议，GTP在整个GPRS协议栈中起着举足轻重的作用，GTP协议承载在TCP或UDP协议之上，分为信令平面和传输平面，其信令平面定义了多种消息，涉及到GPRS许多重要方面，传输平面则提供了GSN之间数据包传送的隧道。另外以GTP为基础的GTP'协议用于GPRS计费数据采集和传输，深入理解GTP协议是熟悉GPRS网络所必须的。

二、 GTP包头

GTP包头的格式如图1所示，Version表示协议版本；PT=1指示GTP协议，PT=0指示GTP'协议（GPRS计费采集协议）；SNN指示包头中是否包含SNDCP N-PDULLC Number；Message Type字段指示消息类型，GTP中涉及的消息及其对应的消息类型在本文“信令平面”一节中介绍。Length字段指示包的长度（不含包头）；Sequence Number对于信令消息而言是交互的标识，对于T-PDU而言是顺序号；SNDCP N-PDULLC Number用于越SGSN切换时协调MS与SGSN之间的数据传送；Flow Lable唯一标识一个GTP流；TID是隧道标识，由IMSI和NSAPI两部分组成，用于指明MM（Mobility Management）和PDP（Packet Data Protocol）上下文。

无论是信令平面还是传输平面都采用如图1所示的GTP包头，但是其中有些字段的含义和用法存在一定的区别。

三、 信令平面

承载GTP的协议（UDP或TCP）称为路径协议（Path Protocol），每个GSN对之间有多个路径，每个路径上可以存在多个隧道，GTP负责隧道的建立、使用、管理和释放。信令平面主要包含路径管理、隧道管理、位置管理、移动性管理四大类。

对于信令消息，GTP包头中的字段设置如下：

· SNN置为0；

· SNDCP N-PDULLC Number不使用，发端将该字段置为255，收端忽略该字段；

· 对于一个路径或一个隧道上的信令，其request类消息的Sequence Number是唯一的，相应的response消息的Sequence Number从接收的request消息的该字段拷贝；

· 对于路径管理消息、位置管理消息、移动性管理消息而言，TID置为0；对于隧道管理消息而言，TID用于指出目的端GSN的MM和PDP上下文；

· 对于路径管理消息、位置管理消息而言，Flow Lable不使用而置为0；对于移动性管理消息、隧道管理消息而言，Flow Lable应该指出其试图操作的GTP流，例如在Create PDP Context Request消息中分配GTP流的Flow Lable，在对应的Create PDP Context Response消息中应该包含该字段。

GPRS信令消息格式与电信界其他信令定义方式类似，每条消息都包含若干个参数（Information Element），参数分为TV（Type，Value）和TLV（Type，Length，Value）两种类型，TV参数的Type字节的最高位为0，TLV参数的Type字节的最高位为1。每个参数都具有唯一的Type标识。

1 路径管理消息

路径管理是所有其它管理活动的基础，只有确保消息传送的通路处于可用状态，消息才能被正确发送与接收。具体的路径管理消息如下：

· Echo Request/Response(类型码1／2)消息主要用于探测对端GSN是否仍然处于激活状态，路径是否畅通；

· Version Not supported(类型码3)用于指示对端版本不符，同时指出本节点支持的版本。

2 隧道管理消息

隧道管理围绕PDP上下文展开，是GPRS会话过程的核心，具体消息类型如下：

· Create PDP Context Request/Response(类型码16／17)消息用于PDP上下文的建立请求和响应，SGSN向GGSN发请求消息，GGSN向SGSN发响应消息；

· Update PDP Context Request/Response(类型码18／19)消息用于PDP上下文的更新请求和响应，当PDP上下文的有关参数如QoS轮廓需要重新协商时，或者手机发生越SGSN切换时，SGSN需要向GGSN发送请求消息，GGSN向SGSN发响应 消息；

· Delete PDP Context Request/Response(类型码20／21)消息用于PDP上下文的删除请求和响应，SGSN或GGSN向对端发请求消息，对端发响应消息；

· Create AA PDP Context Request/Response(类型码22／23)用于匿名接入情况下建立PDP上下文的请求和响应；

· Delete AA PDP Context Request/Response(类型码24／25)消息用于匿名接入情况下PDP上下文的删除请求和响应；

· Error Indication(类型码26)用于错误指示，当SGSN收到G-PDU而相应的PDP上下文不存在或未激活时，当GGSN收到G-PDU而相应的MM上下文不存在或未激活时，SGSN或GGSN向对端发送Error Indication消息；

· PDU Notification Request/Response(类型码27／28)用于当网络侧发起PDP上下文激活过程时，由GGSN向SGSN发请求消息，SGSN向GGSN发响应消息；

· PDU Notification Reject Request/Response(类型码29／30)当PDU Notification Request/Response消息交互完成后，但无法激活PDP上下文（如手机拒绝），SGSN向GGSN发PDU Notification Reject Request消息，GGSN发响应消息。

3 位置管理消息

SGSN与HLR之间存在Gr接口，采用MAP信令，不涉及GTP协议。在GGSN与HLR之间定义了Gc接口，Gc接口采用MAP信令。然而GGSN涉及的位置管理与SGSN不同，并非所有GGSN均需要实现MAP协议，另一种方法是设置GTP协议与MAP协议转换的GSN（可以认为是一种信令网关），这样GGSN就没有必要支持MAP信令。但是GGSN仍然需要定义相应的GTP域的位置管理消息。

· Send Routeing Information for GPRS Request/Response(类型码32／33)当网络侧发起PDP上下文激活过程时，GGSN需要MS对应的SGSN地址。GGSN向信令网关GSN发Send Routeing Information for GPRS Request，信令网关GSN会将该消息转换为相应的MAP信令与HLR通信，得到查询结果后发Send Routeing Information for GPRS Response消息给GGSN。

· Failure Report Request/Response(类型码34／35)GGSN向信令网关GSN发请求消息，用于将MNRG（Mobile station Not Reachable for GPRS flag）置位，信令网关发响应消息。

· Note MS GPRS Present Request/Response(类型码36／37)GGSN向信令网关GSN发请求消息，通知MS又可以参加通信，信令网关发响应消息。

4 移动性管理消息

有一部分移动性管理在SGSN之间发生，这些管理消息用GTP协议在承载，这些移动性管理消息如下：

· Identification Request/Response(类型码48／49)当手机从附着状态转为分离状态，随后移动到新的SGSN区域，而后又转入附着状态，这时新SGSN会向老的SGSN发送Identification Request消息以索取IMSI，老的SGSN发响应消息。

· SGSN Context Request/Response/Acknowledge(类型码50／51／52)当手机发生越SGSN切换时，新的SGSN会向老的SGSN索取PDP上下文信息。新老SGSN之间会按照该3-way的消息过程进行。

四、 传输平面

传输平面用于传输T-PDU（Tunneled PDU），其路径协议可以采用TCP或UDP，当GTP承载面向连接可靠性要求高的用户协议（如X.25）时，路径可选用TCP；当GTP承载无连接可靠性要求不高的用户协议（如IP）时，路径可选用UDP。

传输平面中GTP包头有关字段的说明：

· 如果SNN置为1，那么GTP报头中将包含SNDCP N-PDU Number字段；

· T-PDU的消息类型是255（十进制）；

· SNDCP N-PDU Number：当发生SGSN之间切换时，老的SGSN用该字段通知新SGSN关于该T-PDU的N-PDU的序号。如果SNDCP没有分配N-PDU序号，或者采用非确认LLC工作模式，则SNN=0，而N-PDU序号置为255。

对于传输平面，GTP协议最常用于SGSN与GGSN之间。考虑到SGSN之间会发生切换，老的SGSN可能会残存一部分数据尚未发送给手机；而此时手机已经完成了位置更新，那么这部分残存数据会通过新的SGSN发送到手机，因此SGSN之间也存在GTP传输平面。对于GGSN之间则不存在传输平面，它们之间的数据传送需经过Gi接口，但是这并不意味着GGSN之间必须通过外部数据网作沟通。GGSN之间可以采取直连或通过骨干网相连，只不过数据传送不在GTP协议之上进行而已。

五、 结束语

从理论上说GPRS是一种通用分组接入方式，其上可以承载各种用户协议，这种通用性是通过隧道封装技术实现的。GPRS中涉及两种封装形式，一是位于MS与SGSN之间的SNDCP，另一个是位于GSN之间的GTP，可以说GTP协议是GPRS网络部分的核心协议。本文旨在阐述GTP协议的作用和含义，至于具体的消息与参数格式可参见ETSI的GSM 09.60协议。